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{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel = [[Datei:Na+.svg|50px|Natriumkation]][[Datei:Structure borohydride ion.svg|120px|Strukturformel des Borhydridanion]]
| Andere Namen = * Natriumboranat
* Natriumtetrahydroborat
* Natriumtetrahydridoborat
* {{INCI|Name=SODIUM BOROHYDRIDE |ID=94226 |Abruf=2021-10-01}}
| Summenformel = NaBH4
| CAS = {{CASRN|16940-66-2}}
| EG-Nummer = 241-004-4
| ECHA-ID = 100.037.262
| PubChem = 4311764
| ChemSpider = 26189
| Beschreibung = weißes Pulver<ref name="Merck">{{Merck|818823|Abruf=2011-04-12|Name=Natriumborhydrid}}</ref>
| Molare Masse = 37,83 g·[[mol]]−1
| Aggregat = fest
| Dichte = 1,07 g·cm−3<ref name="carl roth">{{Carl Roth|4051|Name=|Abruf=2010-12-14}}</ref>
| Schmelzpunkt = ca. 360 [[Grad Celsius|°C]]<ref name="carl roth"/>
| Siedepunkt = ca. 400 [[Grad Celsius|°C]]<ref name="carl roth"/>
| Dampfdruck =
| Löslichkeit = gut in Wasser unter langsamer Zersetzung (550 g·l−1 bei 25 °C)<ref name="carl roth"/>
| Quelle GHS-Kz = <ref name="GESTIS">{{GESTIS|Name=Natriumtetrahydroborat|ZVG=5740|CAS=16940-66-2|Abruf=2024-01-02}}</ref>
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|02|06|08|05}}
| GHS-Signalwort = Gefahr
| H = {{H-Sätze|260|301|314|360FD}}
| EUH = {{EUH-Sätze|014}}
| P = {{P-Sätze|231+232|260|280|303+361+353|304+340+310|305+351+338}}
| Quelle P = <ref name="GESTIS" />
| MAK =
| ToxDaten = * {{ToxDaten |Typ=LD50 |Organismus=Ratte |Applikationsart=oral |Wert=160 mg·kg−1 |Bezeichnung= |Quelle=<ref name="carl roth"/> }}
* {{ToxDaten |Typ=LD50 |Organismus=Hase |Applikationsart=dermal |Wert=230 mg·kg−1 |Bezeichnung= |Quelle=<ref name="carl roth"/> }}
| Standardbildungsenthalpie = −188,6 kJ/mol<ref name="CRC90_5_6">{{CRC Handbook|Auflage=90|Titel=Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances|Kapitel=5|Startseite=6}}</ref>
}}

'''Natriumborhydrid''' (benannt nach seinen Bestandteilen [[Natrium]] und [[Bor]]) ist ein [[Komplexsalze|Komplexsalz]], bestehend aus einem Natriumkation (Na+) und einem [[Komplexchemie|komplexen]] Tetrahydridoborat[[anion]] (BH4−). Die Verbindung ist ein [[Reduktionsmittel]] und wird häufig in der [[Organische Chemie|organischen Chemie]] eingesetzt.

== Geschichte ==
Natriumborhydrid wurde 1942 in der Arbeitsgruppe um [[Hermann Irving Schlesinger]] an der [[University of Chicago]] im Rahmen von Arbeiten zur Isolierung von flüchtigen [[Uran]]<nowiki />verbindungen entdeckt. Der spätere [[Nobelpreis für Chemie|Nobelpreisträger]] [[Herbert Charles Brown]] war wesentlich an diesen Arbeiten beteiligt. Während des [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkriegs]] wurde, auf Anregung des [[US Army Signal Corps]], in der gleichen Arbeitsgruppe die [[Hydrolyse]] von Natriumborhydrid zur [[Wasserstoff]]<nowiki />erzeugung für militärische Anwendungen untersucht. Aus Geheimhaltungsgründen wurden die Forschungsergebnisse zu Natriumborhydrid aber erst 1953 veröffentlicht.<ref name=schlesinger>H. I. Schlesinger, H. C. Brown, B. Abraham, A. C. Bond, N. Davidson, A. E. Finholt, J. R. Gilbreath, H. Hoekstra, L. Horvitz, E. K. Hyde, J. J. Katz, J. Knight, R. A. Lad, D. L. Mayfield, L. Rapp, D. M. Ritter, A. M. Schwartz, I. Sheft, L. D. Tuck, A. O. Walker: ''New developments in the chemistry of diborane and the borohydrides. General summary'', in: [[J. Am. Chem. Soc.]] 75 (1953) 186–190; {{DOI|10.1021/ja01097a049}}.</ref><ref name="Soukup_anorg">Rolf Werner Soukup: ''Chemiegeschichtliche Daten anorganischer Substanzen,'' Version 2020, S. 106 [http://www.rudolf-werner-soukup.at/Publikationen/Dokumente/anorganisches_Lexikon_2018_aktualisiert_2020.pdf pdf].</ref> In den 1960er-Jahren wurden erste Versuche zum Einsatz von Natriumborhydrid-Lösungen in [[Brennstoffzelle]]n gemacht.

== Darstellung und Gewinnung ==
Natriumborhydrid wird aus dem [[Alkalimetall]][[hydrid]] [[Natriumhydrid]] (NaH) und [[Borsäuretrimethylester]] [B(OCH3)3] dargestellt.<ref name=schlesinger/> Die Reaktionsgleichung lautet:

:<chem>4NaH + B(OCH3)3 -> NaBH4 + 3NaOCH3</chem>

In einem inzwischen nicht mehr angewendeten Verfahren wurde es aus [[Borosilicatglas]] (formal Na2B4O7 ⋅ 7 SiO2), [[Natrium]] und [[Wasserstoff]] gewonnen.<ref name="Römpp">{{RömppOnline|ID=RD-14-00362|Name=Natriumborhydrid|Abruf=2014-06-14}}</ref>

== Eigenschaften ==
=== Physikalische Eigenschaften ===
Natriumborhydrid bildet farblose, ätzende und brennbare Kristalle.<ref name="Römpp"/> Ein Schmelzpunkt bei 505 °C kann nur unter einem Wasserstoffdruck von 10 atm beobachtet werden.<ref name="Rohm and Haas"/> Von der Verbindung sind die drei [[Polymorphie (Stoffeigenschaft)|polymorphen]] Formen α-, β- und γ-Natriumborhydrid bekannt. Bei Raumtemperatur und Normaldruck ist die α-Form, die in einem [[Kubisches Kristallsystem|kubischen]] Kristallgitter auftritt, die stabile Form. Ab einem Druck von 6,3 GPa wird die Struktur in die [[tetragonal]]e β-Form und ab 8,9 GPa in die [[orthorhombisch]]e γ-Form umgewandelt.<ref>R. S. Kumar, A. L. Cornelius ''Structural transitions in NaBH4 under pressure'' in [[Appl. Phys. Lett.]] 87 (2005) 261916, {{DOI|10.1063/1.2158505}}.</ref><ref>Y. Filinchuk, A. V. Talyzin, D. Chernyshov, V. Dmitriev: ''High-pressure phase of NaBH4: Crystal structure from synchrotron powder diffraction data'' in [[Phys. Rev. B]] 76 (2007) 092104, {{DOI|10.1103/PhysRevB.76.092104}}.</ref><ref>E. Kim, R. Kumar, P. F. Weck, A. L. Cornelius, M. Nicol, S. C. Vogel, J. Zhang, M. Hartl, A. C. Stowe, L. Daemen, Y. Zhao: ''Pressure-driven phase transitions in NaBH4: theory and experiments'' in [[J. Phys. Chem.]] B 111 (2007) 13873–13876, {{DOI|10.1021/jp709840w}}.</ref>
Aus wässriger Lösung kristallisiert unterhalb von 36,4 °C ein [[Hydrate|Dihydrat]]. Oberhalb dieser Temperatur bzw. in Abwesenheit von Wasser ist die α-[[Hydrat#Anhydrat|Anhydrat]]form stabil.<ref name="Rohm and Haas">Rohm & Haas: ''Sodium borohydride digest'', October 2003, [https://www.dow.com/assets/attachments/industry/pharma_medical/chemical_reagents/reducing_agents/sodium_borohydride_digest.pdf pdf].</ref> Die Verbindung löst sich sehr gut in Wasser. Unterhalb von 36,4 °C ist die Löslichkeitskurve von der Dihydratform bestimmt, darüber entspricht diese dem wasserfreien Anhydrat.<ref name="Rohm and Haas"/>

[[Datei:Sodium borohydride solubility in water.svg|455px|Löslichkeit von Natriumborhydrid in Wasser]]

Die Lösungen von Natriumborhydrid in Wasser sind basisch. Der pH-Wert hängt von der Konzentration ab und steigt mit zunehmendem Gehalt.<ref name="Rohm and Haas"/>

{| class="wikitable left" style="text-align:center; font-size:90%"
|-
| class="hintergrundfarbe6" colspan="13" | '''pH-Werte von Natriumborhydridlösungen bei 24 °C'''<ref name="Rohm and Haas"/>
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" | [[Konzentration (Chemie)|Konzentration]]
| in mol·l−1 || 0,01 || 0,1 || 1
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" | [[pH-Wert]]
| || 9,56 ± 0,02 || 10,05 ± 0,02 || 10,48 ± 0,02
|-
|}

=== Chemische Eigenschaften ===
Beim Erhitzen ist die Verbindung an trockener Luft bis 600 °C stabil.<ref name="Römpp"/> In feuchter Luft setzt schon ab 300 °C eine Zersetzung ein.<ref name="Römpp"/> Mit [[Wasser]] wird es unter Hydrolyse und Bildung [[Chemisches Element|elementaren]] Wasserstoffs zersetzt, wobei ein Gramm Substanz 2,4 Liter [[Wasserstoff]] ergibt.<ref name="Römpp"/>

:<chem>NaBH4 + 4H2O -> NaB(OH)4 + 4H2</chem>

Die Hydrolysegeschwindigkeit ist stark pH-abhängig. Eine schnelle Reaktion erfolgt nur bei niedrigen [[pH-Wert]]en, so dass die Verbindung auch in wässrigen und [[Alkohole|alkoholischen]] [[Lösungsmittel]]n eingesetzt werden kann.<ref>L. Banfi, E. Narisano, R. Riva, N. Stiasni, M. Hiersemann: ''Sodium Borohydride'', in: ''Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis.'' 2004, J. Wiley & Sons, New York; {{DOI|10.1002/047084289X.rs052}}.</ref> Die Hydrolysekinetik verläuft im sauren sowie im basischen pH-Bereich nach einem Zeitgesetz pseudoerster Ordnung.<ref>Gardiner, J.A.; Collat, J.W.: ''Kinetics of the Stepwise Hydrolysis of Tetrahydroborate Ion'' in J. Am. Chem. Soc. 87 (1965) 1692–1700, {{DOI|10.1021/ja01086a013}}.</ref><ref>Gardiner, J.A.; Collat, J.W.: ''Polarography of the Tetrahydroborate Ion. The Effect of Hydrolysis on the System'' in Inorg. Chem. 4 (1965) 1208–1212, {{DOI|10.1021/ic50030a026}}.</ref><ref>Wang, F.T.; Jolly, W.L.: ''Kinetic study of the intermediates in the hydrolysis of the hydroborate ion'' in Inorg. Chem. 11 (1972) 1933–1941, {{DOI|10.1021/ic50114a042}}.</ref><ref>Levine, L.A.; Kreevoy, M.M.: ''Solvent isotope effects on tetrahydridoborate hydrolysis'' in J. Am. Chem. Soc. 94 (1972) 3346–3349, {{DOI|10.1021/ja00765a014}}.</ref><ref>Abts, L.M.; Langland, J.T. Kreevoy, M.M.: ''Role of water in the hydrolysis of tetrahydroborate(1-) ion'' in J. Am. Chem. Soc. 97 (1975) 3181–3185, {{DOI|10.1021/ja00844a043}}.</ref> Die pH- und Temperaturabhängigkeit der Hydrolysegeschwindigkeit kann mit einer empirischen Formel mit

:<math>\log_{10}(t_{1/2}) = pH - (0{,}034 \cdot T - 1{,}92)</math> (mit t1/2 in min und T in K)

abgeschätzt werden.<ref name="Mochalov">Mochalov, K.N.; Khain, V.S.; Gil'manshin, G.G.: in Kinetika i Kataliz 6 (1965) 541.</ref> Im Sauren erfolgt die Hydrolyse praktisch spontan. Im stark Basischen ist die Lösung im normalen Umgang stabil.

:{| class="wikitable left" style="text-align:center; font-size:90%"
|-
| class="hintergrundfarbe6" colspan="13" | '''Halbwertszeiten der Hydrolyse bei 25 °C'''<ref name="Mochalov"/><ref name="Rohm and Haas"/>
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" | pH
| 4,0 || 5,0 || 5,5 || 6,0 || 7,0 || 8,0 || 9,0 || 10,0 || 11,0 || 12,0 || 13,0 || 14,0
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" | t1/2
| 3,7 ms || 37 ms || 0,12 s || 0,37 s || 3,7 s || 36,8 s || 6,1 min || 61,4 min || 10,2 h || 4,3 d || 42,6 d || 426 d
|}

Natriumborhydrid ist ein starkes [[Reduktionsmittel]]. Die Reaktion mit [[Metall]]<nowiki />ionen kann entweder zur [[Reduktion (Chemie)|Reduktion]] des Metalls, zur Bildung von [[Boride|Metallboriden]] oder zur Bildung von flüchtigen Metall[[hydride]]n führen.

Durch seine reduzierende Wirkung greift Natriumborhydrid organisches Gewebe an, daher ist jeglicher Kontakt, auch mit der [[Haut]], zu vermeiden.

== Verwendung und Reaktionen ==
=== Reduktionsmittel in der organischen Chemie ===
Natriumborhydrid wird vor allem in der [[Organische Chemie|organischen Chemie]] als Reduktionsmittel benutzt. Diese Anwendung läuft mit geringer [[Atomökonomie]] ab, da stets beträchtliche [[Stöchiometrie|stöchiometrische]] Mengen anorganischer Salze bei der Aufarbeitung des Reaktionsgemisches anfallen. Durch die [[Spinpolarisation|Polarisierung]] der Bor-Wasserstoff-Bindung kann die Verbindung als [[Hydridion]]en-Donator fungieren; der Wasserstoff wird mit seinen [[Bindungselektron]]en übertragen. Dieses Teilchen ist ein starkes [[Nukleophilie|Nukleophil]] und reagiert leicht zum Beispiel mit [[Carbonylgruppe]]n und reduziert sie zum entsprechenden [[Alkohole|Alkohol]], der nach sauer-wässriger Aufarbeitung erhalten wird. Besonders geeignet ist es für Reaktionen in wässrigen oder [[methanol]]ischen Lösungen, da es bei weitem nicht so heftig mit Wasser reagiert wie beispielsweise [[Lithiumaluminiumhydrid]].<ref>[[Hans Rudolf Christen|H. R. Christen]], [[Fritz Vögtle|F. Vögtle]]: ''Organische Chemie - Von den Grundlagen zur Forschung''. 2. Auflage, Otto Salle Verlag, Frankfurt a. Main 1996, S. 821; ISBN 3-7935-5398-1.</ref><ref>Autorenkollektiv: ''[[Organikum]]'', 22. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2001, 568–569; ISBN 3-527-29985-8.</ref> Unter geeigneten Bedingungen lassen sich mit Natriumborhydrid [[Aldehydgruppe|Aldehyd-]] und [[Ketogruppe]]n ''selektiv'' reduzieren. Methanol steigert die Reaktivität, so dass in diesem Lösungsmittel auch [[Estergruppe]]n reduziert werden.<ref>da Costa, Jorge C.S.; Karla C. Pais, Elisa L. Fernandes, Pedro S. M. de Oliveira, Jorge S. Mendonça, Marcus V. N. de Souza, Mônica A. Peralta, and Thatyana R.A. Vasconcelos: ''Simple reduction of ethyl, isopropyl and benzyl aromatic esters to alcohols using sodium borohydride-methanol system.'' In: Arkivoc, 29. August 2006, S. 128–133 ([https://www.arkat-usa.org/get-file/23589/ PDF]).</ref>

=== Analytische Chemie ===
In der [[Analytische Chemie|analytischen Chemie]] wird Natriumborhydrid verwendet, um [[Halbmetalle]] wie [[Arsen]] und [[Selen]] in flüchtige Verbindungen umzusetzen, die sich leichter mit der [[Atomabsorptionsspektroskopie|Atomabsorptionsspektrometrie]] nachweisen lassen (Hydrid-AAS).<ref>[https://www.umweltprobenbank.de/upb_static/fck/download/SOP_Hy-ICP-MS_de.pdf Umweltprobenbank des Bundes] (PDF; 157 kB).</ref>

=== Brennstoffzellen ===
Eine weitere ins Auge gefasste Verwendungsmöglichkeit für Natriumborhydrid ist der Einsatz in [[Brennstoffzellenfahrzeug]]en, hier existiert der von [[DaimlerChrysler]] gebaute Prototyp [[Chrysler Natrium|Natrium]].<ref>{{Webarchiv|url=http://www.thecarconnection.com/tips-article/1003728_chrysler-natrium-the-power-of-na |wayback=20160601232637 |text=Chrysler Natrium}}.</ref> Das Funktionsprinzip ist eine katalytische Hydrolyse des Borhydrids, wodurch elementarer Wasserstoff entsteht, der in der Brennstoffzelle eingesetzt wird. Das Produkt ist [[Natriummetaborat]] (NaBO2), das durch Reaktion mit Wasserstoff wieder als [[Kraftstoff|Treibstoff]] nutzbar gemacht werden kann.<ref>{{Patent
| Land = DE
| V-Nr = 102006041958
| Code = B3
| Typ = Erteilung
| Titel = Vorrichtung und Verfahren zur Wasserstofferzeugung aus Natriumborhydrid
| A-Datum = 2006-08-30
| V-Datum = 2008-01-31
| Erfinder = Till Kaz
| Anmelder = [[Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt|DLR]]
}}</ref>
Der Vorteil der Verwendung von Natriumborhydrid als Protonenquelle in Brennstoffzellen ist die gegenüber H2/O2-Zellen wesentlich höhere Zellenspannung, die eine höhere Leistungsdichte erlaubt.<ref name="wang2020">Wang et al.: ''Reactant-Transport Engineering Approach to High-Power Direct Borohydride Fuel Cells''. In: ''Cell Reports Physical Science'' 1, 100084, July 22, 2020. [[doi:10.1016/j.xcrp.2020.100084]].</ref> Ein weiterer Vorteil ist die gegenüber H2 weniger aufwändige Handhabung, da weder Tiefkühlung noch Hochdruck nötig ist.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4301534-7}}

[[Kategorie:Natriumverbindung]]
[[Kategorie:Komplexes Borhydrid]]

Natriumborhydrid - Versionsgeschichte

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